JPS6247001B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 所定の振幅及び位相の入力RF信号から制御
可能な振幅、位相の量だけその入力RF信号と異
なる出力RF信号を発生する複合ウエイタにおい
て、 ａ 入力ポート、分離しているポート、０゜ポー
トおよび90゜ポートを有する移相ハイブリツド
（quadraturehybrid）と、 ｂ ０゜ポートに接続され、また電気的に接地さ
れている第1PINダイオードと、 ｃ 電気的に接地され、また八分の一波長線路を
介して90゜ポートに接続されている第2PINダ
イオードと、 ｄ 第１および第2PINダイオードにバイアスを
かけるための手段とを含み、 入力ポートに印加された一定の振幅および位相
のRF信号がバイアス手段のセツテイングに応じ
て異なる振幅および位相を具え分離しているポー
トに現われる、ことを特徴とする複合ウエイタ。 ２ バイアス手段からRFを阻止するための手段
を更に含む請求の範囲第１項の装置。 ３ ａ 入力ポートに接続された入力端子と、 ｂ 分離しているポートに接続された出力端子
と、 ｃ 入力端子および出力端子からバイアス手段の
電圧および電流を阻止するための手段とを更に
含む請求の範囲第２項の装置。 ４ バイアス手段は、移相ハイブリツドの特性イ
ンピーダンスの上下にPINダイオードの抵抗を変
化させる電流範囲にわたつて第１および第2PIN
ダイオードに継続的に可変電流を印加する手段を
含む請求の範囲第１項の装置。 ５ 入力ポートおよび分離しているポートのうち
の１つに縦続接続している固定減衰器を更に含む
請求の範囲第１項の装置。 ６ 入力ポートおよび分離しているポートのうち
の１つに縦続接続している一定利得の増幅器を更
に含む請求の範囲第１項の装置。 発明の背景 本発明は、RF信号の処理に関する。特に、本
発明は制御された移相（phase shift）および振
幅をもつRF信号を与えるための複合ウエイタ
（complex weighter）である。 RF信号を処理する多数の電気システムは、別
のRF信号と同期するかそれとは振幅、位相又は
その両方が制御可能なように異なる信号を必要と
する。振幅および位相の違いは固定していてもよ
いし、又は制御信号に応答して変化してもよい。
そのようなシステムの１例は適応相殺（adaptive
cancellation）を伴う単一周波数レピータであ
る。そのようなシステムにおける主要な問題は、
再伝送された電波の受信された部分〔いわゆる
“ブローオーバー（blowover）信号”〕を、再放
送されるはるかに弱い受信信号から分離すること
である。そのようなブローオーバー信号の効果を
中和する１つの方法が適応相殺（adaptive
cancellation）であり、これは周波数、振幅およ
び位相の点で出力信号に応対する信号を入力から
減算して所望の受信信号のみを残す。減算される
信号は伝送された信号から容易に誘導されるが、
一般的に云つてその信号とは振幅および位相の両
方が異なる。 基準信号と振幅又は位相が異なる同期信号を必
要とするその他のシステムとしてはサイドローブ
キヤンセラ（side−lobe canceller）および側波
帯雑音キヤンセラ（sideband noise canceller）
がある。サイドローブキヤンセラは、空中線パタ
ーンの零を妨害信号に指向するための受信システ
ムである。この零（null）は、第２の指向性空中
線を妨害信号（jammer）に向け、その受信振幅
は第１空中線の振幅と等しくなるように調節する
が、位相は等しくならないようにして受動加算回
路網（passive summ−ing network）において
相殺するようにすることにより発生される。側波
帯雑音キヤンセラは、減算により所望しない信号
を相殺するためのシステムである。 RF信号を１ギガヘルツ（GHz）もの高さの周
波数範囲に制御する種々の方法が、マイクロ波結
合器とPINダイオードとの組み合わせにより達成
されている。これらの応用例の一部においては、
PINダイオードはバイアスされて短絡又は開路と
して現われ、＋１又は−１の反射係数をもつ結合
器部分を終端させる。この結果、外部直流電源に
より制御されるマイクロ波スイツチが作られるこ
とになる。これらの応用例はいずれも或る範囲に
わたつてRF信号の振幅又は位相を連続的に制御
しない。 本発明の目的は、外部から制御できる移相を生
じさせるRF信号用制御器を提供することであ
る。 本発明のもう１つの目的は、RF信号の振幅を
外部から制御するための回路を提供することであ
る。 本発明の更にもう１つの目的は、RF信号の振
幅と位相の両方を制御するための回路を提供する
ことである。 本発明の更にもう１つの目的は、最少数の素子
を用いて複合重みつけ（complex weighting）を
行うことである。 その他の目的は本発明の詳細な説明の過程にお
いて明らかになるであろう。 発明の要約 複合ウエイタ（complex weighter）において
は、RF信号の振幅および位相は、そのRF信号を
移相ハイブリツト（qiadrature hybrid）に接続
することにより１対の外部端子から制御される。
移相ハイブリツドの０゜端子はPINダイオードで
終端し、移相ハイブリツドの90゜端子もまたPIN
ダイオードで終端しているが、このダイオードは
第１のPINダイオードに比べるとハイブリツドの
端子から八分の一波長だけ更に間隔がはなれてい
る。ハイブリツドの分離された端子は、PINダイ
オードへ印加されるバイアス電流を別々に調節す
ることによりかなりの範囲にわたつて振幅と位相
の両方の調節が可能な信号を搬送する。これらの
バイアス電流は、RF信号から減結合されている
２本の別々のバイアス線を介して印加される。ウ
エイタ（weighter）は、バイアス端子における帰
還信号に応答して可変移相を生じさせ振幅を変化
させるように適合されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための回路の概略
図である。 第２図は、第１図の回路における減衰−ダイオ
ード電流特性を示したグラフである。 第３図は、第１図の回路における差振幅
（differential amplitude）の関数としての位相角
のグラフである。 第４図は、第１図の回路からえられた周波数の
関数としての減衰および位相角の極座標曲線であ
る。

【発明の詳細な説明】

第１図は本発明を実施するための回路の概略図
である。第１図において、入力端子１０は、ウエ
イタ（weigter）へ印加されるRF信号を受信す
る。端子１０で入射するRF信号は阻止
（blocking）コンデンサ１２を通過して移相ハイ
ブリツド（quadrature hybrid）１４の入力ポー
トへ至る。このようにして形成された信号路
（signal path）は通常は90゜ポートとして述べら
れているものに接続されているPINダイオード１
６により終端されている。移相ハイブリツド１４
の０゜ポートはPINダイオード１８により終端し
ており、移相ハイブリツド１４の分離したポート
は阻止コンデンサ２０を介して接続されてウエイ
タの出力端子２２をつくつている。ここに示して
あるRF路は線として示してあるが、それらのRF
路は同軸ケーブル、マイクロストリツプなどとす
ることもできることは自明である。第１図におい
ては、RINダイオード１６はPINダイオード１８
よりも八分の一波長長い線に接続されていること
も示されている。この理由については後述する。 四分の一波長線路２４は入力線に接続され、そ
の端末においてバイパスコンデンサ２６によつて
バイパスされ接地されている。RFチヨーク２８
は線２４をバイアスソース３０に接続させてい
る。バイアスソース３０により供給される直流電
流又は徐々に変化する電流はFRチヨーク２８を
介して、四分の一波長線路２４および移相ハイブ
リツドを介して結合され、PINダイオード１６に
バイアスを与える。同様に、四分の一波長線路３
２はコンデンサ３４によりバイアスされて接地さ
れ、RFチヨーク３６を介してバイアスソース３
８に接続されてPINダイオード１８にバイアスを
与える。ここではバイアスソース３０および３８
は、従来の直流電源でもよく、又は出力端子２２
におけるRF信号の位相および振幅を調節するた
め他の制御手段に応答するため帰還回路の一部と
して接続されていてもよいことを記号的に示すた
めにブロツクで示されている。“バイアスソー
ス”という語が用いられているが、これはそれら
の電流が一定に保たれるか、又は徐々に変化する
ことが予想されるからである。 そのRFインピーダンスが抵抗性であり、その
抵抗値は順バイアスとしてPINダイオードへ印加
される直流電流を変化させることによつてかなり
の範囲にわたつて調節できる点がPINダイオード
の特性である。この事実は、ダイオードに対する
バイアスを変えて各ダイオードの反射係数を加算
することによつて移相ハイブリツドの終端を別々
に変えることを可能にする。１つの辺（arm）の
全四分の一波長の距離における線の加算された長
さの故に、信号は位相直角成分（phase
quadrature）において組み合わされ、複合重み
を形成する。 複合ウエイタが製作され、中心周波数
813.5MHzで試験された。RF伝送線はＧ−10誘電
体上に置かれたマイクロストリツプであつた。阻
止コンデンサ１２および２０はいずれも39pfであ
り、移相ハイブリツドはメリマツク社製のQHF
−２−．750GKであつた。使用した周波数におけ
るＧ−10誘電体上の四分の一波長は4.32cmであつ
た。PINダイオードはマイクロウエーブアソシエ
ーツ社製MA47625であつた。測定は一方のPINダ
イオードを最大減衰（即ちインピーダンス整合）
を与えるようにセツトし、他方のPINダイオード
に対するバイアスを変化させてそのPINダイオー
ドの抵抗を開路と短絡との間で変化させることに
よつて行われた。第２図は、一方の辺（arm）に
おけるPINダイオードの電流を最大減衰を発生さ
せた値にセツトした場合、他方の辺におけるPIN
ダイオード電流の関数としてRF信号の測定減衰
量のグラフである。この結果は、各重み成分を外
部直流電源の関数として別々に検査することであ
る。これらの条件下においては、０゜辺上で測定
した移相は中心周波数において−108゜から＋78
゜へ変化した。90゜の辺上の移相は中心周波数で
＋３゜から−170゜へ変化した。従つてバイアス
ソース３０および３８により供給される電流の独
立変化は独立して移相される信号を与え、これら
の信号は組み合わされ、入力信号に関連して振
幅、位相の両方が制御された方法で変化する出力
信号を与えることが判る。 本発明の複合ウエイタでえられる位相角は、こ
れら２辺の相対的減衰又は差減衰（differential
attenuation）の関数である。これは第３図に示
されており、第３図は複合ウエイタの各角度に関
連した差減衰のグラフである。デシベル差との値
も４つの相異なる角度に関連していることが第３
図から判る。第２図を参照すると、これらの４つ
の角度は、各PINダイオードが約26マイクロアン
ペアで発生する最大減衰以上又は以下である場合
に発生する４つの組み合わせを表わす。電流範囲
の各組み合わせによりえられる第３図の角領域は
第１表に要約されており、これはPINダイオード
の電流範囲と、これらの電流によりえられる第３
図の対応する領域を比較したものである。 第 １ 表 PINダイオードの電流範囲と第３図の関連する角
領域との比較。最大値は26マイクロアンペアでえ
られる。領域の入力基準。 ０゜辺 90゜辺 第３図の領域 最大以上 最大以下 最大以上 最大以上 最大以下 最大以下 最大以下 最大以上 再び第２図を参照すると、減衰値の最も有用な
範囲は、だいたい15デシベル〜50デシベルである
ことは明白である。回路においてこれよりも多い
又は少い減衰をうることを所望するならば、固定
パツド又は一定利得の増幅器を縦続で装置と接続
させることは簡単なことである。例えば、複合ウ
エイタを単一周波数レピータのブローオーバー信
号を相殺するのに用いる場合には、所望しない信
号が入力から80又は90デシベルさがる可能性があ
る。これは、合計50又は60デシベルのパツドを縦
続で装置と接続することによつて調節可能性を維
持しながら容易に達成される。これとは対照的
に、側波帯雑音相殺は20又は30デシベルの総合利
得を必要とするかもしれない。これは装置と縦続
で40〜60デシベルの増幅を挿入することによつて
達成することができる。 所望する重みを得るための方法はここでは第４
図に関連して示されており、この第４図は第１図
の回路からえられる減衰および位相角の極座標線
図である。第４図においては、種々な点は３つの
周波数、即ち806MHz、813MHzおよび821MHz
と考えられている。点はPINダイオード１６およ
び１８の電流値によつて領域４０，４２，４４お
よび４６に分けられている。領域４０および４２
は０゜辺の大きさ（magnitude）に関し、一方領
域４４および４６は90゜辺の大きさに関する。各
領域において、PINダイオード１６又は１８のう
ちの１つは第２図で最大減衰を生じさせることが
示されている値25.3マイクロアンペアにセツトさ
れており、他のダイオードの電流は変化する。第
２表は第４図の領域に関連した電流の範囲を示
す。

【表】 周波数812MHzで230゜の角度において入力信
号より30デシベル低い複合重みを得ることを所望
するとしよう。対応する値は第４図に点４８とし
て記されており、点４８は領域４０と領域４４か
らの値を合わせることによりえられることは第４
図を調べれば明らかである。第２表を参照する
と、ダイオード１６および１８の電流は25.3マイ
クロアンペア以下であることが示されている。第
４図から、点４８はPINダイオード１６の90゜領
域である領域４４から角度５０だけ、領域４０か
ら角度５２だけ移動している。これらの角度はそ
れぞれ18゜と66゜である。計算は下記の通りであ
る。 １ −30dBを電圧比VRに変換せよ。 −30＝20logVR；VR＝．0316 ２ 領域４０および４４における成分を求めよ。 領域４０：VRcos（角度52）＝0.0128 領域４４：VRcos（角度50）＝0.030 ３ 成分をdBに変換せよ。 領域４０：20log₀.₀₁₂₈＝−37.8dB 領域４４：20log₀.₀₃₀＝−30.4dB ４ 第２図から電流を求めよ。 PINダイオード１６：23.5マイクロアンペア PINダイオード１８：22.0マイクロアンペア 上述の方法に従うことにより、複合重みはいか
なる位相角においても約10dBと50dBの間で達成
しうる。所望する電流値は手動によつてセツトす
ることもできるし、帰還システムの一部として自
動的に得ることもできる。